自然界の水素（地球の地殻の0.9％）。最も一般的な化学元素とその理由は何ですか？宇宙と地球の水素

天体物理学者は、星形成には燃料が必要であることを知っています。現在の理論では、「コールドストリーム」として知られる水素の川は、銀河間空間を横切る一種の水素フェリーであり、したがって星形成を促進する可能性があります。

私たち自身の天の川のような渦巻銀河は、かなり穏やかですが、星形成の速度が安定している傾向があります。ケフェウス座とはくちょう座の境界にある地球から約2200万光年離れているNGC6946などの他の銀河は、この点ではるかに活発です。これは、この渦巻銀河や同様の渦巻銀河における持続的な星形成の繁殖地は何かという疑問を提起します。

オランダのWSRT望遠鏡からのNGC6946の周りの直接の銀河空間の以前の研究は、広げられた水素ハローを明らかにしました。しかし、冷たい流れは、完全に異なるソースからの水素、つまり銀河間空間からのガスによって形成される可能性があり、星形成のプロセスによって高温に加熱されることはありませんでした。

グリーンバンク望遠鏡（GBT）を使用して、ピサーノはNGC6946をその宇宙の隣人に接続する中性水素によって放出された輝きを検出することができました。この信号は他の望遠鏡の検出しきい値を単に下回っていましたが、GBTの独自の機能により、科学者はこの弱い放射線を検出することができました。

天文学者は長い間、大きな銀河が他のそれほど大きくない仲間からそれを汲み出すことによって冷たい水素の一定の供給を得ることができることを示唆しました。

さらなる研究は、この観測の性質を確認するのに役立ち、銀河の進化において冷たい流れが果たす可能性のある役割に光を当てるのに役立ちます。

水素（H）は非常に軽い化学元素、地球の地殻の含有量は0.9重量％、水中の含有量は11.19％です。

水素の特性

軽さの面では、ガスの中で最初です。通常の状態では、無味、無色、そして完全に無臭です。熱圏に入ると、軽量であるため宇宙に飛びます。

宇宙全体で、それは最も多くの化学元素です（物質の総質量の75％）。宇宙空間の多くの星が完全にそれで構成されているほどです。たとえば、太陽。その主成分は水素です。そして、熱と光は、物質の核融合中のエネルギーの放出の結果です。また、宇宙には、さまざまなサイズ、密度、温度の分子の雲全体があります。

物理的特性

高温と高圧はその品質を大幅に変化させますが、通常の状態では次のようになります。

他のガスに比べて熱伝導率が高く、

無毒で水に溶けにくい

0°Cおよび1気圧で0.0899g/ lの密度で、

-252.8°Cで液体に変わります

-259.1°Cで固体になります。

比熱は120.9.106J/kgです。

液体または固体になるには、高圧と非常に低い温度が必要です。液化すると流動性があり軽いです。

化学的特性

圧力と冷却（-252.87 gr。C）の下で、水素は液体状態になります。これは、どの類似物よりも軽量です。その中で、それは気体の形よりも少ないスペースを取ります。

彼は典型的な非金属です。実験室では、金属（亜鉛や鉄など）を希酸と反応させることによって得られます。通常の状態では、それは非アクティブであり、アクティブな非金属とのみ反応します。水素は、酸化物から酸素を分離し、化合物から金属を還元することができます。それとその混合物は、特定の元素と水素結合を形成します。

このガスはエタノールや多くの金属、特にパラジウムに非常によく溶けます。銀はそれを溶かしません。水素は、酸素または空気中での燃焼中、およびハロゲンと相互作用するときに酸化される可能性があります。

酸素と結合すると、水が形成されます。温度が正常であれば、反応は遅く、550°Cを超えると爆発します（爆発性ガスに変わります）。

自然界で水素を見つける

私たちの惑星にはたくさんの水素がありますが、純粋な形でそれを見つけるのは簡単ではありません。火山の噴火中、石油の抽出中、有機物の分解の場所ではほとんど見つかりません。

総量の半分以上が水との組成物である。また、油、さまざまな粘土、可燃性ガス、動植物の構造にも含まれています（すべての生細胞内の存在は原子数の50％です）。

自然界の水素循環

毎年、大量（数十億トン）の植物が水域や土壌で分解され、この分解によって大量の水素が大気中に放出されます。また、バクテリア、燃焼によって引き起こされる発酵中に放出され、酸素とともに水循環に関与します。

水素の用途

この元素は人類の活動に積極的に利用されているため、次の目的で工業規模で取得する方法を学びました。

気象学、化学生産;

マーガリンの生産;

ロケット（液体水素）の燃料として。

発電機を冷却するための電力産業;

金属の溶接と切断。

水素の塊は、合成ガソリンの製造に使用されます（燃料の品質を向上させるため）低品質）、アンモニア、塩化水素、アルコール、およびその他の材料。原子力はその同位体を積極的に利用しています。

製剤「過酸化水素」は、冶金、電子産業、パルプおよび紙の製造、リネンおよび綿織物の漂白、毛髪染料および化粧品、ポリマーの製造、ならびに創傷治療のための医療において広く使用されています。

このガスの「爆発性」の性質は、致命的な武器、つまり水素爆弾になる可能性があります。その爆発は大量の放射性物質の放出を伴い、すべての生物に有害です。

液体水素と皮膚の接触は、重度で痛みを伴う凍傷を脅かします。

地球上-酸素、宇宙中-水素

宇宙は最も水素を持っています（質量で74％）。ビッグバン以来保存されています。水素のごくわずかな部分だけが、星の中でより重い元素に変わることができました。地球上で最も一般的な元素は酸素です（46-47％）。そのほとんどは酸化物、主に酸化ケイ素（SiO 2）の形で結合しています。地球の酸素そしてシリコンは、太陽が生まれる前に存在していた巨大な星の中で発生しました。彼らの人生の終わりに、これらの星は超新星で爆発し、それらの中で形成された要素を宇宙に投げ込みました。もちろん、爆発生成物には、炭素だけでなく、水素とヘリウムがたくさん含まれていました。ただし、これらの元素とその化合物は非常に揮発性があります。若い太陽の近くで、それらは蒸発し、太陽系の郊外への放射圧によって吹き飛ばされました。

天の川銀河で最も一般的な10の要素*

*百万あたりの質量分率。

宇宙機関と民間企業は、今後数年以内に火星に人々を送る計画をすでに策定しており、それは最終的に火星の植民地化につながるでしょう。そして、近くの星の周りで発見された地球のような惑星の数の増加に伴い、深宇宙旅行はより適切になっています。

しかし、人間が宇宙で長期間生き残ることは容易ではありません。長距離宇宙飛行の主な課題の1つは、宇宙飛行士が呼吸するのに十分な酸素と、複雑な電子機器を実行するのに十分な燃料を輸送することです。残念ながら、宇宙には実質的に酸素がないため、地球上に貯蔵する必要があります。

しかし、ネイチャーコミュニケーションズに発表された新しい研究によると、半導体材料、太陽光（または星明かり）、無重力だけを使用して、水から水素（燃料用）と酸素（呼吸用）を生成することが可能であり、長距離の移動がより現実的になります。

太陽の限りない資源を使って私たちの日常生活を動かすことは、地球上で最もグローバルな課題の1つです。石油から再生可能エネルギーへとゆっくりと移行する中で、研究者たちは水素を燃料として使用する可能性に関心を持っています。最良の方法これを行うには、水（H2O）をその構成要素である水素と酸素に分離します。これは、電気分解として知られているプロセスを使用して可能です。これは、いくつかの可溶性電解質（たとえば、塩- 約翻訳。）。その結果、水は酸素原子と水素原子に分解され、それぞれが独自の電極で放出されます。

水の電気分解。

この方法は技術的に可能であり、何世紀にもわたって知られていますが、水素充填ステーションなどの水素関連のインフラストラクチャがさらに必要なため、地球上ではまだ容易に利用できません。

このようにして水から得られる水素や酸素は、宇宙船の燃料としても利用できます。水でロケットを発射することは、混合物が衝突時に爆発する可能性があるため、実際には、追加の推進剤と酸素を搭載するよりもはるかに安全です。現在、宇宙では、特別な技術が水を水素と酸素に分解することができ、それを使用して呼吸と電子機器を維持することができます（たとえば、燃料電池を使用）。

これには2つのオプションがあります。それらの1つは、地球上と同様に、電解質を使用した電気分解であり、ソーラーパネル現在を取得します。しかし、残念ながら、電気分解は非常にエネルギーを消費するプロセスであり、宇宙のエネルギーはすでに「金でその重量に見合う」価値があります。

別の方法は、水中に置かれた半導体材料の光子を吸収することによって機能する光触媒を使用することです。光子のエネルギーは、材料から電子を「ノックアウト」し、その中に「穴」を残します。自由電子は水中の陽子と相互作用して水素原子を形成することができます。一方、「穴」は水から電子を吸収して陽子と酸素原子を形成することができます。

地上条件下および微小重力下（地球の100万分の1）での光触媒作用のプロセス。見てわかるように、2番目のケースでは、出現する気泡の数が多くなっています。

このプロセスは逆にすることができます。水素と酸素は、燃料電池を使用して再結合（結合）することができ、その結果、光触媒に費やされた太陽エネルギーが「戻り」、水が形成されます。したがって、この技術は深宇宙旅行の真の鍵です。

光触媒を使用するプロセスは最良のオプション宇宙旅行の場合、機器の重量は電気分解に必要な重量よりもはるかに軽いためです。理論的には、宇宙で彼と一緒に働くことも簡単です。これは、地球の大気圏外の太陽光の強度がはるかに高いという事実に部分的に起因しています。後者には十分な量があるためです。たいていの光は表面に向かう途中で吸収または反射されます。

新しい研究では、科学者は高さ120メートルの塔から完全に機能する光触媒実験装置を落とし、微小重力と呼ばれる環境を作り出しました。物体が自由落下で地球に落下すると、重力の影響は減少します（ただし、重力の影響はどこにも消えません。そのため、重力がないことではなく、微小重力と呼ばれます。 約翻訳。）、地球の引力を補う力がないため、秋には、ISSのように設備内に状態が発生します。

実験のセットアップと実験プロセス。

研究者たちは、そのような条件下で水を分割することが実際に可能であることを示すことができました。ただし、このプロセスではガスが発生するため、水中に気泡が発生します。重要なタスクは、触媒材料の気泡を取り除くことです。気泡はガスを生成するプロセスを妨げるからです。地球上では、重力によって気泡が表面に浮き上がり（表面近くの水は気泡よりも密度が高く、表面に浮くことができます）、触媒のスペースを解放して、より多くの気泡を形成します。

無重力状態では、これは不可能であり、気泡は触媒上またはその近くに残ります。しかし、科学者たちはナノスケールで触媒の形状を微調整し、新しい気泡の形成プロセスを妨げることなく、気泡がピラミッドの上部から簡単に離れて水に入ることができるピラミッドゾーンを作成しました。

しかし、1つの問題が残っています。重力がない場合、気泡は触媒から離れることを余儀なくされたとしても、液体中に残ります。重力により、ガスは液体から簡単に逃げることができます。これは、純粋な水素と酸素を使用するために重要です。重力がなければ、気泡が表面に浮かび、液体から分離することはありません。代わりに、泡の類似物が形成されます。

これは、触媒または電極をブロックすることにより、プロセスの効率を大幅に低下させます。この問題を回避するエンジニアリングソリューションは、宇宙でのテクノロジーの実装を成功させるための鍵となります。可能な解決策設備の回転で構成されます。このように、遠心力は人工重力を生み出します。しかし、それにもかかわらず、この新しい研究のおかげで、私たちは長期的な有人宇宙飛行に一歩近づいています。